(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート絶縁膜と、
活性層としてＳｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とする酸化物半導体層と、
前記ゲート絶縁膜と前記酸化物半導体層との間に配置され、Ｉｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とし、前記酸化物半導体層よりも抵抗率が高い酸化物中間層と、
を有する電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記酸化物半導体層は、Ｓｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とする、
請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記酸化物半導体層の元素組成比をＳｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、且つ１≦ａ≦２、且つ１≦ｃ≦１１／２、且つｃ≧−７ｂ／４＋１１／４を満たす、
請求項１又は請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記酸化物半導体層は、非晶質である、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記酸化物半導体層の抵抗率は、１Ωｃｍ以上１×１０６Ωｃｍ以下である、
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記酸化物中間層の膜厚は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタを備えた表示装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタを備えたセンサ。
【請求項９】
基板上に形成されたゲート絶縁膜上にＩｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とする酸化物中間層を成膜する第一の工程と、
前記酸化物中間層上にＳｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とし、前記構成元素の元素組成比をＳｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、且つ１≦ａ≦２、且つ１≦ｃ≦１１／２、且つｃ≧−７ｂ／４＋１１／４を満たし、前記酸化物中間層よりも抵抗率が低い酸化物半導体層を成膜する第二の工程と、
１００℃以上３００℃未満の熱処理を施す第三の工程と、
をこの順に有する電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
Ｓｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とし、前記構成元素の元素組成比をＳｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、且つ１≦ａ≦２、且つ１≦ｃ≦１１／２、且つｃ≧−７ｂ／４＋１１／４を満たす酸化物半導体層を基板上に成膜する第一の工程と、
前記酸化物半導体層上にＩｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とし、前記酸化物半導体層よりも抵抗率が高い酸化物中間層を成膜する第二の工程と、
前記酸化物中間層上にゲート絶縁膜を形成する第三の工程と、
前記第二の工程後又は前記第三の工程後に、１００℃以上３００℃未満の熱処理を施す第四の工程と、
を有する電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記酸化物半導体層及び前記酸化物中間層は、スパッタリングで成膜する、
請求項９又は請求項１０に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記酸化物半導体層及び前記酸化物中間層の成膜時の酸素分圧を制御することで前記酸化物半導体層及び前記酸化物中間層の抵抗率を制御する請求項９〜請求項１１の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタ、表示装置、センサ及び電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果型トランジスタは、半導体メモリ用集積回路の単位素子、高周波信号増幅素子、液晶などの表示素子駆動用素子として広く用いられており、特に薄膜化したものは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）と呼ばれている。そして、フラットパネルディスプレイにおいては、大面積で形成可能なアモルファスシリコンからなる活性層を有したシリコン系ＴＦＴが用いられている。
【０００３】
近年、このアモルファスシリコンの代わりに、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（以下、「ＩＧＺＯ」と呼称する）系酸化物半導体薄膜を活性層（チャネル層）に用いたＴＦＴの開発が活発に行われている。酸化物半導体薄膜は低温成膜が可能であり、且つアモルファスシリコンよりも高移動度を示し、更に可視光に透明であることからプラスチック板やフィルム等の基板上にフレキシブルで透明なＴＦＴを形成することが可能である。
【０００４】
しかしながら、ＩＧＺＯ系で高い移動度を有するＴＦＴを作製するためには、高温(例えば大気中で４００℃以上)でのポストアニールが必要であり、耐熱性の低いフレキシブル基板上にＴＦＴを形成することは困難であった。
【０００５】
ところで、ＩＧＺＯのＩｎの代わりにＳｎを用いたＳｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（以下、「ＳＧＺＯ」と呼称する）系酸化物半導体薄膜は、ＩＧＺＯ系酸化物半導体薄膜とは異なりレアメタルであるＩｎを含まないこと、Ｓｎ４＋がＩｎ３＋と同じ電子配置をとることからＩＧＺＯ系に替わる新規酸化物半導体薄膜として期待されている。なお、上記「ＳＧＺＯ」のうち、Ｇａは必須としなくてもよい。
【０００６】
そこで、特許文献１には、ゲート絶縁膜上に形成されたＩｎ,Ｓｎ及びＺｎ等のうち少なくとも１つの元素を含む第１の金属酸化物層を活性領域とし、この上にＩｎを含まず、第１の金属酸化物層よりシート抵抗が高い第２の金属酸化物層を積層したＴＦＴが開示されている。
【０００７】
また、特許文献２では、ＺｎＯにＧａ,Ｉｎ,Ｓｎ等のうち少なくとも１つのイオンをドープして構成される活性層の上面又は下面のうちの少なくとも一面に、界面安定化層を配置したＴＦＴが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−５０１６５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のＴＦＴは、活性領域となる第１の金属酸化物層（活性層）の構成元素としてＳｎを必須としていない。また、このトランジスタでは、閾値電圧の安定化を図るために、この第１の金属酸化物層を、ゲート絶縁膜と第２の金属酸化物層との間に配置しているが、このような配置では移動度の向上は図れないと考えられる。
【００１０】
また、特許文献２に記載のＴＦＴは、ゲート絶縁膜と活性層との間の中間層となり得る界面安定化層を備えているが、活性層の構成元素としてＳｎを必須としていない。また、特許文献２では、界面特性の向上を図ることを目的としており、ＳＧＺＯ系酸化物半導体で構成された活性層を備えるＴＦＴの移動度向上については一切記載も示唆もされていない。
【００１１】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、活性層としてＳｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする酸化物半導体層を備えつつ、移動度を向上した電界効果型トランジスタ、表示装置、センサ及び電界効果型トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
＜１＞ゲート絶縁膜と、活性層としてＳｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とする酸化物半導体層と、前記ゲート絶縁膜と前記酸化物半導体層との間に配置され、Ｉｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とし、前記酸化物半導体層よりも抵抗率が高い酸化物中間層と、を有する電界効果型トランジスタ。
＜２＞前記酸化物半導体層は、Ｓｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とする、＜１＞に記載の電界効果型トランジスタ。
＜３＞前記酸化物半導体層の元素組成比をＳｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、且つ１≦ａ≦２、且つ１≦ｃ≦１１／２、且つｃ≧−７ｂ／４＋１１／４を満たす、＜１＞又は＜２＞に記載の電界効果型トランジスタ。
＜４＞前記酸化物半導体層は、非晶質である、＜１＞〜＜３＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタ。
＜５＞前記酸化物半導体層の抵抗率は、１Ωｃｍ以上１×１０６Ωｃｍ以下である、＜１＞〜＜４＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタ。
＜６＞前記酸化物中間層の膜厚は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、＜１＞〜＜５＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタ。
【００１３】
＜７＞＜１＞〜＜６＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタを備えた表示装置。
【００１４】
＜８＞＜１＞〜＜６＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタを備えたセンサ。
【００１５】
＜９＞基板上に形成されたゲート絶縁膜上にＩｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とする酸化物中間層を成膜する第一の工程と、前記酸化物中間層上にＳｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とし、前記構成元素の元素組成比をＳｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、且つ１≦ａ≦２、且つ１≦ｃ≦１１／２、且つｃ≧−７ｂ／４＋１１／４を満たし、前記酸化物中間層よりも抵抗率が低い酸化物半導体層を成膜する第二の工程と、１００℃以上３００℃未満の熱処理を施す第三の工程と、をこの順に有する電界効果型トランジスタの製造方法。
＜１０＞Ｓｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とし、前記構成元素の元素組成比をＳｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、且つ１≦ａ≦２、且つ１≦ｃ≦１１／２、且つｃ≧−７ｂ／４＋１１／４を満たす酸化物半導体層を基板上に成膜する第一の工程と、前記酸化物半導体層上にＩｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを構成元素とし、前記酸化物半導体層よりも抵抗率が高い酸化物中間層を成膜する第二の工程と、前記酸化物中間層上にゲート絶縁膜を形成する第三の工程と、前記第二の工程後又は前記第三の工程後に、１００℃以上３００℃未満の熱処理を施す第四の工程と、を有する電界効果型トランジスタの製造方法。
＜１１＞前記酸化物半導体層及び前記酸化物中間層は、スパッタリングで成膜する、＜９＞又は＜１０＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
＜１２＞前記酸化物半導体層及び前記酸化物中間層の成膜時の酸素分圧を制御することで前記酸化物半導体層及び前記酸化物中間層の抵抗率を制御する＜９＞〜＜１１＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｓｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする酸化物半導体で構成された活性層を備えつつ、移動度を向上した電界効果型トランジスタ、表示装置、センサ及び電界効果型トランジスタの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図１（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造でボトムコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図１（Ｃ）は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図１（Ｄ）は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造でボトムコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の電気光学装置の一実施形態の液晶表示装置について、その一部分の概略断面図である。
【図３】図３は、図２に示す液晶表示装置の電気配線の概略構成図である。
【図４】図４は、本発明の電気光学装置の一実施形態のアクティブマトリックス方式の有機ＥＬ表示装置について、その一部分の概略断面図である。
【図５】図５は、図４に示す電気光学装置の電気配線の概略構成図である。
【図６】図６は、本発明のセンサの一実施形態であるＸ線センサについて、その一部分の概略断面図である。
【図７】図７は、図６に示すセンサの電気配線の概略構成図である。
【図８】図８（Ａ）は実施例及び比較例のＴＦＴの平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示すＴＦＴのＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図９】図９は、実施例１,２及び比較例１のＴＦＴにおけるＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。
【図１０】図１０は、実施例３及び比較例２のＴＦＴにおけるＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例４及び比較例３のＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。
【図１２】図１２は、比較例４〜６のＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電界効果型トランジスタ、表示装置、センサ及び電界効果型トランジスタの製造方法について具体的に説明する。なお、図中、同一又は対応する機能を有する部材（構成要素）には同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【００１９】
１．電界効果型トランジスタ
本発明の実施形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法について、ＴＦＴを一例に挙げて具体的に説明する。
【００２０】
＜ＴＦＴの概略構成＞
本発明の実施形態に係るＴＦＴは、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。そして、本発明の実施形態に係るＴＦＴではさらに、ゲート絶縁膜と活性層との間に酸化物中間層が配置されている。
【００２１】
ＴＦＴの素子構造としては、ゲート電極の位置に基づいた、いわゆる逆スタガ構造（ボトムゲート型とも呼ばれる）及びスタガ構造（トップゲート型とも呼ばれる）のいずれの態様であってもよい。また、活性層とソース電極及びドレイン電極（適宜、「ソース・ドレイン電極」という。）との接触部分に基づき、いわゆるトップコンタクト型、ボトムコンタクト型のいずれの態様であってもよい。
なお、トップゲート型とは、ゲート絶縁膜の上側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁膜の下側に活性層が形成された形態であり、ボトムゲート型とは、ゲート絶縁膜の下側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁膜の上側に活性層が形成された形態である。また、ボトムコンタクト型とは、ソース・ドレイン電極が活性層よりも先に形成されて活性層の下面がソース・ドレイン電極に接触する形態であり、トップコンタクト型とは、活性層がソース・ドレイン電極よりも先に形成されて活性層の上面がソース・ドレイン電極に接触する形態である。
【００２２】
図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図１（Ａ）に示すＴＦＴ１０では、基板１２の一方の主面上に活性層となる酸化物半導体層１４と、本発明の実施形態に係る酸化物中間層１６とが、順に積層されている。そして、この酸化物中間層１６上にソース電極１８及びドレイン電極２０が互いに離間して設置され、更にこれらの上にゲート絶縁膜２２と、ゲート電極２４とが順に積層されている。
【００２３】
図１（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造でボトムコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図１（Ｂ）に示すＴＦＴ３０では、基板１２の一方の主面上にソース電極１８及びドレイン電極２０が互いに離間して設置されている。そして、活性層となる酸化物半導体層１４と、本発明の実施形態に係る酸化物中間層１６と、ゲート絶縁膜２２と、ゲート電極２４と、が順に積層されている。
【００２４】
図１（Ｃ）は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図１（Ｃ）に示すＴＦＴ４０では、基板１２の一方の主面上にゲート電極２４と、ゲート絶縁膜２２と、本発明の実施形態に係る酸化物中間層１６と、活性層となる酸化物半導体層１４と、が順に積層されている。そして、この酸化物半導体層１４の表面上にソース電極１８及びドレイン電極２０が互いに離間して設置されている。
【００２５】
図１（Ｄ）は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造でボトムコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図１（Ｄ）に示すＴＦＴ５０では、基板１２の一方の主面上にゲート電極２４と、ゲート絶縁膜２２と、が順に積層されている。そして、このゲート絶縁膜２２の表面上にソース電極１８及びドレイン電極２０が互いに離間して設置され、更にこれらの上に、本発明の実施形態に係る酸化物中間層１６と、活性層となる酸化物半導体層１４と、が順に積層されている。
【００２６】
なお、本実施形態に係るＴＦＴは、上記以外にも、様々な構成をとることが可能であり、適宜、活性層上に保護層や基板上に絶縁層等を備える構成であってもよい。
【００２７】
以下、各構成要素について詳述する。なお、代表例として図１（Ａ）に示すトップゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴ１０を製造する場合について具体的に説明するが、本発明は他の形態のＴＦＴを製造する場合についても同様に適用することができる。
【００２８】
＜ＴＦＴの詳細構成＞
−基板−
まず、ＴＦＴ１０を形成するための基板１２を用意する。基板１２の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することが出来る。基板１２の構造は単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
基板１２の材質としては特に限定はなく、例えばガラス、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニウム）等の無機基板、樹脂基板や、その複合材料等を用いることが出来る。中でも軽量である点、可撓性を有する点から樹脂基板やその複合材料が好ましい。具体的には、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンズアゾール、ポリフェニレンサルファイド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、液晶ポリマー、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、シアネート樹脂、架橋フマル酸ジエステル、環状ポリオレフィン、芳香族エーテル、マレイミドーオレフィン、セルロース、エピスルフィド化合物等の合成樹脂基板、酸化珪素粒子との複合プラスチック材料、金属ナノ粒子、無機酸化物ナノ粒子、無機窒化物ナノ粒子等との複合プラスチック材料、カーボン繊維、カーボンナノチューブとの複合プラスチック材料、ガラスフェレーク、ガラスファイバー、ガラスビーズとの複合プラスチック材料、粘土鉱物や雲母派生結晶構造を有する粒子との複合プラスチック材料、薄いガラスと上記単独有機材料との間に少なくとも１回の接合界面を有する積層プラスチック材料、無機層と有機層を交互に積層することで、少なくとも１回以上の接合界面を有するバリア性能を有する複合材料、ステンレス基板或いはステンレスと異種金属を積層した金属多層基板、アルミニウム基板或いは表面に酸化処理（例えば陽極酸化処理）を施すことで表面の絶縁性を向上させた酸化皮膜付きのアルミニウム基板等を用いることが出来る。また、樹脂基板は、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、又は低吸湿性等に優れていることが好ましい。前記樹脂基板は、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層や、樹脂基板の平坦性や下部電極との密着性を向上するためのアンダーコート層等を備えていてもよい。 
【００２９】
また、本発明における基板１２の厚みに特に制限はないが、５０μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましい。 基板１２の厚みが５０μｍ以上であると、基板１２自体の平坦性がより向上する。また、基板１２の厚みが５００μｍ以下であると、基板１２自体の可撓性がより向上し、フレキシブルデバイス用基板としての使用がより容易となる。
【００３０】
−酸化物半導体層−
次に、基板１２上に、トランジスタとして主に活性層（領域）となる酸化物半導体層１４を形成する。
酸化物半導体層１４は、Ｓｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする。これらの中でも、電気的安定性という観点から、Ｓｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とすることが好ましい。なお、「主たる構成元素」とは、酸化物半導体層１４の全構成元素に対するＳｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯの合計割合が９８％以上であることを意味するものとする。
また、Ｓｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする際、その組成比をＳｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝ａ:ｂ:ｃとした場合、当該組成比が、ａ＋ｂ＝２、且つ１≦ａ≦２、且つ１≦ｃ≦１１／２、且つｃ≧−７ｂ／４＋１１／４を満たすことが好ましい。本組成比の材料を用いることで酸化物半導体層１４中の水分量が低減されて低温アニール後の水分量のバラツキも抑制される。これにより、当該水分量のバラツキに伴う電気特性バラツキも抑制され、且つ低温アニール時の酸化物半導体層１４の低抵抗化も起こらずデバイス設計が容易となる。
【００３１】
また、酸化物半導体層１４は、非晶質又は結晶質のいずれであってもよい。ただし、非晶質の場合には、低温で成膜可能であるために、可撓性のある基板１２上に好適に形成される。なお、酸化物半導体層１４が非晶質であるかどうかは、Ｘ線回折測定により確認することができる。即ち、Ｘ線回折測定により、結晶構造を示す明確なピークが検出されなかった場合は、その酸化物半導体層１４は非晶質であると判断することができる。
【００３２】
酸化物半導体層１４の膜厚は、特に限定されないが、薄膜の平坦性及び成膜時間の観点から５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
酸化物半導体層１４の成膜方法としては、Ｓｎ,Ｚｎ及びＯやＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが好ましい。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。例えば、ＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法により、真空度及び酸素流量を制御して成膜される。
【００３４】
特に、Ｓｎ,Ｇａ,Ｚｎの組成比が上記のような組成比となる酸化物半導体薄膜を、スパッタリング法を用いて成膜する方法としては、成膜した酸化物半導体薄膜中のＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ組成比が上記のような組成比となるような複合酸化物ターゲットの単独スパッタであってもよく、Ｓｎ,Ｇａ,Ｚｎ又はこれらの単純酸化物若しくはこれらの複合酸化物ターゲットを組み合わせて用いた共スパッタであってもよい。
【００３５】
酸化物半導体層１４の抵抗率は、一般的に半導体として振舞う抵抗率であればよいが、特には、活性領域とする観点から、室温（２０℃）での抵抗率が、１Ωｃｍ以上１×１０６Ωｃｍ以下であるのが好ましい。酸化物半導体層１４の抵抗率を制御するためには、成膜時の成膜室内の酸素分圧を任意に制御する。成膜室内の酸素分圧を制御する手法としては、成膜室内に導入するＯ２ガス量を変化させる方法であってもよく、酸素ラジカルやオゾンガスの導入量を変化させる方法であってもよい。また、酸素ガス導入を停止させた場合でも抵抗が高い場合には、成膜室内の全ガス分圧を低くする手法や、Ｈ２やＮ２等の還元性ガスを導入する手法を用いてもよい。酸素分圧を高くすれば、酸化物半導体層１４の導電率を低下（抵抗率を上昇）させることができ、酸素分圧を低くすれば、膜中の酸素欠陥を増加させて酸化物半導体層１４の導電率を上昇（抵抗率を低下）させることができる。
なお、本実施形態の抵抗率は、４端子法によって測定（電流源：Keithley社製ソースメジャーユニットSMU237、電圧計：Keithley社製ナノボルトメータ2182Aを使用、一部は２端子法により測定）した値である。
【００３６】
酸化物半導体薄膜の成膜後は、デバイスに応じて当該薄膜をパターンニングして、酸化物半導体層１４を形成する。パターンニングはフォトリソグラフィー及びエッチングにより行うことが出来る。具体的には、残存させる部分にフォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、塩酸、硝酸、希硫酸、又は燐酸、硝酸及び酢酸の混合液等の酸溶液によりエッチングすることによりパターンを形成する。
【００３７】
−酸化物中間層−
酸化物半導体層１４上には、酸化物中間層１６を形成する。この酸化物中間層１６は、酸化物半導体層１４よりも抵抗率が高くされている。このため、酸化物半導体層１４に容易にチャネルを形成することが出来る。また、このように、Ｓｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＩｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする酸化物半導体層１４と、ゲート絶縁膜２２との間に、酸化物半導体層１４よりも抵抗率が高い酸化物中間層１６を設けることで、設けない場合に比べてオン電流及び移動度を向上させることができる。なお、このような効果は、ＩＧＺＯ膜からなる酸化物半導体層１４と酸化物中間層１６とを備えたＴＦＴでは発生しない特有の効果である。
【００３８】
酸化物中間層１６は、酸化物を構成元素とするものであれば特に限定されないが、Ｓｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯ又はＩｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする。中でも、移動度を飛躍的に向上させるという観点から、Ｉｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とすることがより好ましい。なお、「主たる構成元素」とは、酸化物中間層１６の全構成元素に対するＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯ、又はＩｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯの合計割合が９８％以上であることを意味するものとする。
【００３９】
酸化物中間層１６の膜厚は、平坦性及び成膜時間等の観点から１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００４０】
酸化物中間層１６の成膜方法としては、Ｓｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯ又はＩｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする酸化物の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが好ましい。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。例えば、ＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法により、真空度及び酸素流量を制御して成膜される。このような酸化物中間層１６を、スパッタを用いて成膜する方法は、複合酸化物ターゲットの単独スパッタであってもよく、例えばＧａ,Ｚｎ又はこれらの単純酸化物もしくはこれらの複合酸化物を組み合わせた共スパッタであってもよい。
【００４１】
また、酸化物中間層１６は、上述したように酸化物半導体層１４に比べて高抵抗とされており、例えば１×１０６Ωｃｍ超とされている。酸化物中間層１６の抵抗率制御は、成膜時の成膜室内の酸素分圧を任意に制御することで行うことが出来る。成膜室内の酸素分圧を制御する手法としては、成膜室内に導入するＯ２ガス量を変化させる方法であってもよく、酸素ラジカルやオゾンガスの導入量を変化させる方法であってもよい。成膜室内に導入するＯ２ガス量が同じであっても成膜時の全ガス分圧を高くすることで、より成膜室内の酸素分圧を高くすることが出来る。酸素分圧を高くすれば、酸化物中間層１６の導電率を低下（抵抗率を上昇）させることができ、酸素分圧を低くすれば、膜中の酸素欠陥を増加させて酸化物中間層１６の導電率を上昇（抵抗率を低下）させることができる。
【００４２】
酸化物薄膜の成膜後、デバイスに応じて当該薄膜をパターンニングして酸化物中間層１６を形成する。なお、上記記載はトップゲート構造の場合を説明しているが、ボトムゲート構造の場合では、パターンニングは酸化物半導体層１４形成前に行うよりも、界面汚染の影響を除去するため、酸化物半導体層１４と同時にパターンニングすることが好ましい。
【００４３】
−ソース・ドレイン電極−
酸化物中間層１６の上にソース・ドレイン電極１８,２０を形成するための導電膜を形成する。  
ソース・ドレイン電極は高い導電性を有するものを用い、例えばＡｌ,Ｍｏ,Ｃｒ,Ｔａ,Ｔｉ,Ａｕ,Ａｕ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｇ合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜等を用いて形成することが出来る。ソース・ドレイン電極１８,２０としてはこれらの導電膜を単層構造又は２層以上の積層構造として用いることが出来る。
【００４４】
ソース・ドレイン電極１８,２０の形成は、例えば印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜する。
成膜する導電膜の膜厚は、成膜性やエッチングやリフトオフ法によるパターンニング性、導電性等を考慮すると、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
次いで、成膜した導電膜をエッチング又はリフトオフ法により所定の形状にパターンニングし、ソース電極及びドレイン電極１８,２０を形成する。この際、ソース・ドレイン電極１８,２０に接続する配線を同時にパターンニングすることが好ましい。
【００４５】
−ゲート絶縁膜−
ソース・ドレイン電極１８,２０及び配線を形成した後、ゲート絶縁膜２２を形成する。
ゲート絶縁膜２２は、高い絶縁性を有するものが好ましく、例えばＳｉＯ２,ＳｉＮｘ,ＳｉＯＮ,Ａｌ２Ｏ３,Ｙ２Ｏ３,Ｔａ２Ｏ５,ＨｆＯ２等の絶縁膜、又はこれらの化合物を少なくとも二つ以上含む絶縁膜としてもよい。ゲート絶縁膜２２は、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜する。
次に、ゲート絶縁膜２２は、フォトリソグラフィー及びエッチングによって所定の形状にパターンニングを行う。
なお、ゲート絶縁膜２２は、リーク電流の低下及び電圧耐性の向上のための厚みを有する必要がある一方、ゲート絶縁膜の厚みが大きすぎると駆動電圧の上昇を招いてしまう。  ゲート絶縁膜は材質にもよるが、ゲート絶縁膜の厚みは１０ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下がより好ましく、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００４６】
−ゲート電極−
ゲート絶縁膜２２を形成した後、ゲート電極２４を形成する。
ゲート電極２４は、高い導電性を有するものを用い、例えばＡｌ,Ｍｏ,Ｃｒ,Ｔａ,Ｔｉ,Ａｕ,Ａｕ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｇ合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜等を用いて形成することが出来る。ゲート電極２４としては、これらの導電膜を単層構造又は２層以上の積層構造として用いることが出来る。
【００４７】
ゲート電極２４は、例えば印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜する。成膜する導電膜の膜厚は成膜性、エッチングやリフトオフ法によるパターンニング性、導電性等を考慮すると、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
成膜後、導電膜をエッチング又はリフトオフ法により所定の形状にパターンニングし、ゲート電極２４を形成する。この際、ゲート電極２４及びゲート配線を同時にパターンニングすることが好ましい。
【００４８】
−ポストアニール−
ゲート電極２４パターンニング後に、ポストアニール処理を施す。ただし、このポストアニール処理は酸化物半導体層１４成膜後であれば、特に手順は限定せず、酸化物半導体成膜直後でもよければ電極、絶縁膜の成膜或いはパターンニングが全て終わった後に行ってもよい。
ポストアニールの温度は、電気特性のバラツキを抑えるために１００℃以上３００℃未満であることが好ましく、可撓性基板を用いる場合を考慮すると、１００℃以上２００℃以下で行うことがより好ましい。１００℃以上であれば、熱処理の効果を十分に発揮させることができる。３００℃未満であれば、膜中の酸素欠損量を変化させることなく、ＴＦＴの特性を改善することが出来る。２００℃以下であれば耐熱性の低い樹脂基板への適用が容易となる。
また、ポストアニール中の雰囲気は不活性雰囲気又は酸化性雰囲気にすることが好ましい。還元性雰囲気中でポストアニールを施すと酸化物半導体層中の酸素が抜け、余剰キャリアが発生し、電気特性バラツキが起こり易い。
さらに、ポストアニール雰囲気の湿度が極めて高い場合には膜中に水分が取り込まれ易く、電気特性のバラツキが起こり易くなるため、室温での相対湿度は５０％以下で行うことが好ましい。
さらにまた、ポストアニール時間に特に限定はないが、膜温度が均一になるのに要する時間等を考慮し、少なくとも１０分以上保持することが好ましい。
【００４９】
以上の製造方法により、本発明の実施形態に係るトップゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴ１０が作製される。この製造方法は、上記例示のうち一例を組み合わせでまとめると、例えば、Ｓｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とし、前記構成元素の元素組成比をＳｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、且つ１≦ａ≦２、且つ１≦ｃ≦１１／２、且つｃ≧−７ｂ／４＋１１／４を満たす酸化物半導体層を基板上に成膜する第一の工程と、前記酸化物半導体層上にＩｎ,Ｇａ，Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ，Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする酸化物中間層を成膜する第二の工程と、前記酸化物中間層上にゲート絶縁膜を形成する第三の工程と、前記第二の工程後又は前記第三の工程後に、１００℃以上３００℃未満の熱処理を施す第四の工程と、を有するＴＦＴの製造方法である。
ただし、本発明は、上述したように他の形態及び製造方法のＴＦＴであってもよい。
例えば、ボトムゲート構造では、基板上に形成されたゲート絶縁膜上にＩｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ，Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とする酸化物中間層を成膜する第一の工程と、前記酸化物中間層上にＳｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ及びＯを主たる構成元素とし、前記構成元素の元素組成比をＳｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、前記元素組成比が、ａ＋ｂ＝２、且つ１≦ａ≦２、且つ１≦ｃ≦１１／２、且つｃ≧−７ｂ／４＋１１／４を満たす酸化物半導体層を成膜する第二の工程と、１００℃以上３００℃未満の熱処理を施す第三の工程と、をこの順に有するＴＦＴの製造方法がある。
【００５０】
２．応用
以上で説明した本実施形態のＴＦＴの用途には特に限定はないが、例えば電気光学装置（例えば液晶表示装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置、無機ＥＬ表示装置等の表示装置、等）における駆動素子、特に大面積デバイスに用いる場合に好適である。
さらに本実施形態のＴＦＴは、樹脂基板を用いた低温プロセスで作製可能なデバイスに特に好適であり(例えばフレキシブルディスプレイ等)、Ｘ線センサなどの各種センサ、ＭＥＭＳ(Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）等、種々の電子デバイスにおける駆動素子(駆動回路)として、好適に用いられるものである。
【００５１】
３．電気光学装置及びセンサ
【００５２】
本実施形態の電気光学装置又はセンサは、前述の本発明のＴＦＴを備えて構成される。
電気光学装置の例としては、表示装置（例えば液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、無機ＥＬ表示装置、等）がある。
センサの例としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサや、Ｘ線センサ等が好適である。
本実施形態の電気光学装置又はセンサは、低い消費電力により良好な特性を示す。ここで言うところの特性とは、電気光学装置（表示装置）の場合には表示特性、センサの場合には感度特性を示す。
以下、本発明によって製造される薄膜トランジスタを備えた電気光学装置又はセンサの代表例として、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、Ｘ線センサについて説明する。
【００５３】
４．液晶表示装置
図２に、本発明の電気光学装置の一実施形態の液晶表示装置について、その一部分の概略断面図を示し、図３にその電気配線の概略構成図を示す。
【００５４】
図２に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００は、図１（Ａ）に示したトップゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴ１０と、ＴＦＴ１０のパッシベーション層１０２で保護されたゲート電極２４上に画素下部電極１０４およびその対向上部電極１０６で挟まれた液晶層１０８と、各画素に対応させて異なる色を発色させるためのＲＧＢカラーフィルタ１１０とを備え、ＴＦＴ１０の基板１２側およびＲＧＢカラーフィルタ１１０上にそれぞれ偏光板１１２ａ、１１２ｂを備えた構成である。
【００５５】
また、図３に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００は、互いに平行な複数のゲート配線１１２と、該ゲート配線１１２と交差する、互いに平行なデータ配線１１４とを備えている。ここでゲート配線１１２とデータ配線１１４は電気的に絶縁されている。ゲート配線１１２とデータ配線１１４との交差部付近に、ＴＦＴ１０が備えられている。
【００５６】
ＴＦＴ１０のゲート電極２４は、ゲート配線１１２に接続されており、ＴＦＴ１０のソース電極１８はデータ配線１１４に接続されている。また、ＴＦＴ１０のドレイン電極２０はゲート絶縁膜２２に設けられたコンタクトホール１１６を介して（コンタクトホール１１６に導電体が埋め込まれて）画素下部電極１０４に接続されている。この画素下部電極１０４は、接地された対向上部電極１０６とともにキャパシタ１１８を構成している。
【００５７】
図２に示した本実施形態の液晶装置においては、トップゲート構造のＴＦＴ１０を備えるものとしたが、本発明の表示装置である液晶装置において用いられるＴＦＴはトップゲート構造に限定されることなく、ボトムゲート構造のＴＦＴであってもよい。
【００５８】
本発明により製造されるＴＦＴは、高い移動度を有するため、低消費電力で且つ高品位な表示が可能となる。特に、面内均一性、安定性、信頼性が非常に高いことから、大画面の液晶表示装置の製造に適している。
また、低温でのアニール処理によって十分な特性を有するＴＦＴを作製することができるため、基板としては樹脂基板（プラスチック基板）を用いることができる。従って、本発明によれば、大面積で均一、安定なフレキシブルな液晶表示装置を提供することができる。
【００５９】
５．有機ＥＬ表示装置
図４に、本発明の電気光学装置の一実施形態のアクティブマトリックス方式の有機ＥＬ表示装置について、その一部分の概略断面図を示し、図５に電気配線の概略構成図を示す。
【００６０】
有機ＥＬ表示装置の駆動方式には、単純マトリックス方式とアクティブマトリックス方式の２種類がある。単純マトリックス方式は低コストで作製できるメリットがあるが、走査線を１本ずつ選択して画素を発光させることから、走査線数と走査線あたりの発光時間は反比例する。そのため高精細化、大画面化が困難となっている。アクティブマトリックス方式は画素ごとにトランジスタやキャパシタを形成するため製造コストが高くなるが、単純マトリックス方式のように走査線数を増やせないという問題はないため高精細化、大画面化に適している。
【００６１】
本実施形態のアクティブマトリックス方式の有機ＥＬ表示装置２００は、図１（Ａ）に示したトップゲート構造のＴＦＴ１０が、パッシベーション層２０２を備えた基板１２上に、駆動用ＴＦＴ２０４およびスイッチング用ＴＦＴ２０６として備えられ、該ＴＦＴ２０４および２０６上に下部電極２０８および上部電極２１０に挟まれた有機発光層２１２からなる有機ＥＬ発光素子２１４を備え、上面もパッシベーション層２１６により保護された構成となっている。
【００６２】
また、図５に示すように、本実施形態の有機ＥＬ表示装置２００は、互いに平行な複数のゲート配線２２０と、該ゲート配線２２０と交差する、互いに平行なデータ配線２２２および駆動配線２２４とを備えている。ここで、ゲート配線２２０とデータ配線２２２、駆動配線２２４とは電気的に絶縁されている。スイッチング用ＴＦＴ１０ｂのゲート電極２４は、ゲート配線２２０に接続されており、スイッチング用ＴＦＴ１０ｂのソース電極１８はデータ配線２２２に接続されている。また、スイッチング用ＴＦＴ１０ｂのドレイン電極２０は駆動用ＴＦＴ１０のゲート電極２４に接続されるとともに、キャパシタ２２６を用いることで駆動用ＴＦＴ１０ａをオン状態に保つ。駆動用ＴＦＴ１０ａのソース電極１８は駆動配線２２４に接続され、ドレイン電極２０は有機ＥＬ発光素子２１４に接続される。
【００６３】
図４に示した本実施形態の有機ＥＬ装置においては、トップゲート構造のＴＦＴ１０ａおよび１０ｂを備えるものとしたが、本発明の表示装置である有機ＥＬ装置において用いられるＴＦＴは、トップゲート構造に限定されることなく、ボトムゲート構造のＴＦＴであってもよい。
【００６４】
本発明により製造されるＴＦＴは、高い移動度を有するため、低消費電力で且つ高品位な表示が可能となる。特に、面内均一性、安定性、信頼性が非常に高いことから、大画面の有機ＥＬ表示装置の製造に適している。
【００６５】
また、低温でのアニール処理によって十分な特性を有するＴＦＴを作製することができるため、基板としては樹脂基板（プラスチック基板）を用いることができる。従って、本発明によれば、大面積で均一、安定なフレキシブルな有機ＥＬ表示装置を提供することができる。
【００６６】
なお、図４に示した有機ＥＬ表示装置において、上部電極２１０を透明電極としてトップエミッション型としてもよいし、下部電極２０８およびＴＦＴの各電極を透明電極とすることによりボトムエミッション型としてもよい。
【００６７】
６．Ｘ線センサ
図６に、本発明のセンサの一実施形態であるＸ線センサについて、その一部分の概略断面図を示し、図７にその電気配線の概略構成図を示す。
【００６８】
図６は、より具体的にはＸ線センサアレイの一部を拡大した概略断面図である。本実施形態のＸ線センサ３００は基板１２上に形成されたＴＦＴ１０およびキャパシタ３１０と、キャパシタ３１０上に形成された電荷収集用電極３０２と、Ｘ線変換層３０４と、上部電極３０６とを備えて構成される。ＴＦＴ１０上にはパッシベーション膜３０８が設けられている。
【００６９】
キャパシタ３１０は、キャパシタ用下部電極３１２とキャパシタ用上部電極３１４とで絶縁膜３１６を挟んだ構造となっている。キャパシタ用上部電極３１４は絶縁膜３１６に設けられたコンタクトホール３１８を介し、ＴＦＴ１０のソース電極１８およびドレイン電極２０のいずれか一方（図６においてはドレイン電極２０）と接続されている。
【００７０】
電荷収集用電極３０２は、キャパシタ３１０におけるキャパシタ用上部電極３１４上に設けられており、キャパシタ用上部電極３１４に接している。
Ｘ線変換層３０４はアモルファスセレンからなる層であり、ＴＦＴ１０およびキャパシタ３１０を覆うように設けられている。
上部電極３０６はＸ線変換層３０４上に設けられており、Ｘ線変換層３０４に接している。
【００７１】
図７に示すように、本実施形態のＸ線センサ３００は、互いに平行な複数のゲート配線３２０と、ゲート配線３２０と交差する、互いに平行な複数のデータ配線３２２とを備えている。ここでゲート配線３２０とデータ配線３２２は電気的に絶縁されている。ゲート配線３２０とデータ配線３２２との交差部付近に、ＴＦＴ１０が備えられている。
【００７２】
ＴＦＴ１０のゲート電極２４は、ゲート配線３２０に接続されており、ＴＦＴ１０のソース電極１８はデータ配線３２２に接続されている。また、ＴＦＴ１０のドレイン電極２０は電荷収集用電極３０２に接続されており、さらにこの電荷収集用電極３０２は、キャパシタ３１０に接続されている。
【００７３】
本実施形態のＸ線センサ３００において、Ｘ線は図６中、上部（上部電極３０６側）から照射され、Ｘ線変換層３０４で電子−正孔対を生成する。このＸ線変換層３０４に上部電極３０６によって高電界を印加しておくことにより、生成した電荷はキャパシタ３１０に蓄積され、ＴＦＴ１０を順次走査することによって読み出される。
【００７４】
本実施形態のＸ線センサ３００は、移動度及びオン電流が高く、感度特性に優れたＴＦＴ１０を備えるため、Ｓ／Ｎが高く、大画面化に適している。また、感度特性に優れているため、Ｘ線デジタル撮影装置に用いた場合に広ダイナミックレンジの画像が得られる。特に本実施形態のＸ線デジタル撮影装置は、静止画撮影のみ可能なものではなく、動画による透視と静止画の撮影が１台で行えるＸ線デジタル撮影装置に用いるのが好適である。さらにＴＦＴ１０における酸化物半導体層１４が非晶質である場合には均一性に優れた画像が得られる。
【００７５】
なお、図６に示した本実施形態のＸ線センサにおいては、トップゲート構造のＴＦＴを備えるものとしたが、本発明のセンサにおいて用いられるＴＦＴはトップゲート構造に限定されることなく、ボトムゲート構造のＴＦＴであってもよい。
【実施例】
【００７６】
以下に実施例を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例２は参考例に相当する。
【００７７】
酸化物半導体層としてＳｎ,Ｚｎ及びＯ、又はＳｎ,Ｇａ,Ｚｎ,Ｏを主たる構成元素したＳＧＺＯ膜を用いたＴＦＴにおいて、酸化物中間層の有無、当該酸化物中間層の種類を変えてＴＦＴ特性評価を行った。図８（Ａ）は実施例及び比較例のＴＦＴの平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示すＴＦＴのＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００７８】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、実施例１〜４では、基板として熱酸化膜５０４付ｐ型Ｓｉ基板５０２（１ｉｎｃｈ角×１ｍｍｔ、厚み：５２５μｍｔ、熱酸化膜（ＳｉＯ２）：１００ｎｍｔ）を用い、熱酸化膜５０４をゲート絶縁膜として用いる簡易型のＴＦＴ５００を作製した。
具体的には、熱酸化膜付ｐ型Ｓｉ基板５０２上に、成膜時到達真空度：６×１０−６Ｐａ及び成膜時圧力：４．４×１０−１Ｐａの条件の下、以下表１に示すように、実施例毎にその他の条件を変えて酸化物中間層５０６を厚み５ｎｍとしてスパッタ成膜した。その後、成膜時到達真空度及び成膜時圧力を同一としたまま連続して酸化物半導体層５０８としてのＳＧＺＯ膜を、厚み５０ｎｍ、縦横幅３ｍｍ×４ｍｍとしてスパッタ成膜した。続いて、雰囲気を制御可能な電気炉にて、ポストアニール処理を施した。ポストアニール雰囲気はＡｒ：１６０ｓｃｃｍ、Ｏ２：４０ｓｃｃｍとし、１０℃／ｍｉｎで２００℃まで昇温、２００℃で１０分保持後、炉冷で室温まで冷却を行った。なお、各スパッタ成膜では、メタルマスクを用いてパターン成膜している。また、同じ条件で成膜、ポストアニール処理を施し作製した成膜試料について、広がり抵抗測定を実施し、酸化物半導体層５０８の抵抗率が、酸化物中間層５０６の抵抗率よりも低いことを確認した。
【００７９】
その後、酸化物中間層５０６（ＳＧＺＯ膜）上にソース・ドレイン電極５１０,５１２をスパッタにより成膜した。ソース・ドレイン電極５１０,５１２の成膜はメタルマスクを用いたパターン成膜にて作製し、Ｔｉを１０ｎｍ成膜後、Ａｕを４０ｎｍ成膜した。  ソース・ドレイン電極５１０,５１２のサイズは各々１ｍｍ角とし、電極間距離は０．２ｍｍとした。
【００８０】
以上の方法により、実施例１〜４のＴＦＴを作製した。
【００８１】
一方、比較例１〜３のＴＦＴとして、実施例１〜４のＴＦＴ５００において酸化物中間層５０６を設けない構成のＴＦＴを作製した。なお、酸化物中間層５０６に関するもの以外の製造方法及び条件は実施例１〜４と同一である。
以下に、上述した各実施例及び各比較例の製造条件を表１に示す。
【００８２】
【表１】
0005615744.tif 000002
【００８３】
上記で得られた実施例１〜４及び比較例１〜３のＴＦＴについて、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用い、トランジスタ特性（Ｖｇ−Ｉｄ特性）及びオン電流、移動度μの測定を行った。なお、Ｖｇ−Ｉｄ特性の測定は、ドレイン電圧（Ｖｄ）を５Ｖに固定し、ゲート電圧（Ｖｇ）を−１５Ｖ〜＋４０Ｖの範囲内で変化させ、各ゲート電圧（Ｖｇ）におけるドレイン電流（Ｉｄ）を測定することにより行った。また、オン電流Ｉｏｎは、得られたＶｇ−Ｉｄ特性からＶｇ＝２０ＶでのＩｄとした。
【００８４】
図９は、実施例１,２及び比較例１のＴＦＴにおけるＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。表２は、実施例１,２及び比較例１のＴＦＴにおける各特性をまとめた表である。なお、表中のＩｏｎはオン電流を意味し、μは移動度を意味する。
【００８５】
【表２】
0005615744.tif 000003
【００８６】
図９及び表２に示すように、酸化物中間層５０６を設けていない比較例１のＴＦＴに比べて酸化物中間層５０６を設けた実施例１,２のＴＦＴは、オン電流が増大していることがわかる。移動度も比較例１のＴＦＴに比べて、実施例１,２のＴＦＴの方が増大していることがわかる。
以上により、Ｓｎ,Ｇｎ,Ｚｎ及びＯ（Ｓｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１であり、Ｏについては不定比量）を主たる構成元素とする酸化物半導体層５０８と、ゲート絶縁膜（熱酸化膜５０４）との間に、酸化物半導体層５０８よりも抵抗率が高い酸化物中間層５０６を設けると、設けない場合に比べてオン電流及び移動度が向上していることを見出した。
また、酸化物中間層５０６がない比較例１のＴＦＴ、及び酸化物中間層５０６をＳＧＺＯとした実施例２のＴＦＴに比べて、酸化物中間層５０６をＩＧＺＯとした実施例１のＴＦＴは、移動度が格段に向上していることを見出した。
【００８７】
図１０は、実施例３及び比較例２のＴＦＴにおけるＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。表３は、実施例３及び比較例２のＴＦＴにおける各特性をまとめた表である。
【００８８】
【表３】
0005615744.tif 000004
【００８９】
図１０及び表３に示すように、酸化物中間層５０６を設けていない比較例２のＴＦＴに比べて酸化物中間層５０６を設けた実施例３のＴＦＴはオン電流が増大していることがわかる。移動度も比較例２のＴＦＴに比べて、実施例３のＴＦＴの方が増大していることがわかる。
以上により、実施例３では、実施例１,２に比べて酸化物半導体層５０８の組成比（Ｚｎ組成比）を変えているが、この場合でも、Ｓｎ,Ｇｎ,Ｚｎ及びＯ（Ｓｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：５．５であり、Ｏについては不定比量）を主たる構成元素とする酸化物半導体層５０８と、ゲート絶縁膜（熱酸化膜５０４）との間に、酸化物半導体層５０８よりも抵抗率が高い酸化物中間層５０６を設けると、設けない場合に比べてオン電流及び移動度が向上していることを見出した。
【００９０】
図１１は、実施例４及び比較例３のＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。表４は、実施例４及び比較例３のＴＦＴにおける各特性をまとめた表である。
【００９１】
【表４】
0005615744.tif 000005
【００９２】
図１１及び表４に示すように、酸化物中間層５０６を設けていない比較例３に比べて酸化物中間層５０６を設けた実施例４はオン電流が増大していることがわかる。移動度も比較例３のＴＦＴに比べ、実施例４のＴＦＴの方が増大していることがわかる。
以上により、実施例４では、実施例１,２に比べて酸化物半導体層５０８の組成比を全て変えているが、この場合でも、Ｓｎ,Ｚｎ及びＯ（Ｓｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２．０：０：５．５であり、Ｏについては不定比量）を主たる構成元素とする酸化物半導体層５０８と、ゲート絶縁膜（熱酸化膜５０４）との間に、酸化物半導体層５０８よりも抵抗率が高い酸化物中間層５０６を設けると、設けない場合に比べてオン電流及び移動度が向上していることを見出した。
【００９３】
次に、酸化物半導体層５０８をＳＧＺＯ膜からＩＧＺＯ膜に変えた場合に、酸化物中間層５０６を設けると、設けない場合に比べてオン電流及び移動度が向上するか否かを評価した。
【００９４】
この評価のために、上記同様の方法で比較例４〜６のＴＦＴを作製した。以下、比較例４〜６の製造条件を表５に示す。
【００９５】
【表５】
0005615744.tif 000006
【００９６】
上記で得られた比較例４〜６のＴＦＴについて、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用い、トランジスタ特性（Ｖｇ−Ｉｄ特性）及び移動度μの測定を行った。
【００９７】
図１２は、比較例４〜６のＶｇ−Ｉｄ特性を示す図である。表６は、比較例４〜６のＴＦＴにおける各特性をまとめた表である。
【００９８】
【表６】
0005615744.tif 000007
【００９９】
図１２及び表６に示すように、酸化物中間層５０６を設けていない比較例４のＴＦＴに比べて酸化物中間層５０６を設けた比較例５，６のＴＦＴは、オン電流はほぼ変化していないことがわかる。移動度は、酸化物中間層５０６を設けていない比較例４に比べて酸化物中間層５０６を設けた比較例５，６は低下していることがわかる。
以上により、ＩＧＺＯ膜からなる酸化物半導体層５０８の場合には、ＳＧＺＯ膜からなる酸化物半導体層５０８の場合と異なり、酸化物中間層５０６を設けても、設けない場合に比べてオン電流はほぼ変化せず、移動度はむしろ低下することを見出した。
【０１００】
なお、上記各実施例および比較例における酸化物半導体層５０８及び酸化物中間層５０６のカチオン組成比は成膜後の膜の組成比を示すものである。成膜後の膜の組成比は、蛍光Ｘ線分析装置（Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ製Ａｘｉｏｓ）を用いて評価した。また、各例のいずれの酸化物半導体層５０８及び酸化物中間層５０６についても、Ｘ線回折測定の結果、結晶構造を示すピークが確認されず、いずれも非晶質であった。
【符号の説明】
【０１０１】
１０、１０ａ、１０ｂ、２０、３０、４０、５０   ＴＦＴ（電界効果型トランジスタ）
１２   基板
１４   酸化物半導体層
１６   酸化物中間層
２２   ゲート絶縁膜
１００ 液晶表示装置（表示装置）
２００ 有機ＥＬ表示装置（表示装置）
３００ Ｘ線センサ（センサ）
５０２ 基板
５０４ 熱酸化膜（ゲート絶縁膜）
５０６ 酸化物中間層
５０８ 酸化物半導体層
【図１】
0005615744.tif 000008
【図２】
0005615744.tif 000009
【図３】
0005615744.tif 000010
【図４】
0005615744.tif 000011
【図５】
0005615744.tif 000012
【図６】
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【図７】
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【図８】
0005615744.tif 000015
【図９】
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【図１０】
0005615744.tif 000017
【図１１】
0005615744.tif 000018
【図１２】
0005615744.tif 000019